JP2007288812A - Surface acoustic wave device, module device, oscillation circuit and method for manufacturing surface acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）に関し、特にエージング特性を改善したＳＨ波型表面波デバイスとその製造方法に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave device (SAW device), and more particularly to an SH wave type surface acoustic wave device with improved aging characteristics and a method for manufacturing the same.
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話、ＬＡＮ等に多く用いられている。ＳＴカット水晶基板（結晶軸Ｘを回転軸としてＸＺ面（Ｙ面）を結晶軸Ｚより反時計方向に４２．７５°回転した水晶基板）上をＸ軸方向に伝搬するレイリー波（（Ｐ＋ＳＶ）波）を用いて構成するＳＡＷデバイスが広く用いられてきた。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの１次温度係数は零であるものの、２次温度係数は約−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と比較的大きく、広温度範囲の使用では周波数変動量が大きくなるという問題があった。 In recent years, SAW devices have been widely used in the communication field, and are widely used especially for cellular phones, LANs and the like because they have excellent characteristics such as high performance, small size, and mass productivity. Rayleigh wave ((P + SV)) propagating in the X-axis direction on an ST-cut quartz substrate (a quartz substrate in which the XZ plane (Y plane) is rotated 42.75 ° counterclockwise from the crystal axis Z with the crystal axis X as the rotation axis) SAW devices constructed using waves) have been widely used. Although the primary temperature coefficient of the ST-cut quartz SAW device is zero, the secondary temperature coefficient is relatively large at about −0.034 (ppm / ° C. 2 ), and the frequency fluctuation amount increases when used in a wide temperature range. There was a problem.
この問題を解決するものとして、Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)や、特公昭６２−０１６０５０号公報等に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図２０（ａ）に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶軸Ｚより反時計方向に−５０°回転（回転後の基板の軸をそれぞれＸ、Ｙ’、Ｚ’軸とする）し、Ｘ軸に対して垂直な方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波を利用して構成したＳＨ波型ＳＡＷデバイスである。なお、このカット角をオイラー角で表示すると（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）と表示できる。図２０（ｂ）は、回転Ｙカット水晶基板８１の主表面上にＺ’軸に沿ってＩＤＴ電極８２と、その両側にグレーティング反射器８３ａ、８３ｂとを配置して構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子である。このＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、圧電基板８１の表面直下を伝搬するＳＨ波型表面波をＩＤＴ電極８２によって励起し、その振動エネルギーを電極（８２、８３ａ、８３ｂ）直下に閉じ込めて、共振子を構成するものである。一般に、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性は、広温度範囲でみると３次曲線を呈し、良好な周波数温度特性が得られる。
To solve this problem, SAW disclosed in Meirion Lewis, “Surface Skimming Bulk Wave, SSBW”, IEEE Ultrasonics Symp. Proc., Pp. 744-752 (1977), Japanese Patent Publication No. 62-016050 There is a device. In this SAW device, as shown in FIG. 20A, the cut angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate is rotated by −50 ° counterclockwise from the crystal axis Z (the substrate axes after rotation are respectively X, Y ′, This is an SH wave type SAW device configured using SH waves propagating in a direction perpendicular to the X axis (Z ′ axis direction). If this cut angle is displayed in Euler angles, it can be displayed as (0 °, θ + 90 °, 90 °) = (0 °, 40 °, 90 °). FIG. 20B shows an SH wave type SAW resonance in which an
しかし、このＳＨ波型表面波は本質的に基板内部を潜って進んでいく波（ＳＳＢＷ）であるため、ＳＴカット水晶板に励起されるレイリー波のように圧電基板表面に沿って伝搬するＳＡＷデバイスと比較して、グレーティング反射器による弾性表面波の反射効率が悪く、小型で、且つ高いＱ値を有するＳＨ波型ＳＡＷデバイスを実現することが難しいという問題があった。
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号公報（特許文献２）では、図２１に示すようにカット角θが−５０°である回転Ｙカット水晶基板８１上を、Ｚ’軸方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＡＷ共振子が開示されている。ＩＤＴ電極８４を８００対±２００対とし、グレーティング反射器を用いることなく、ＩＤＴ電極８４の電極指からの反射だけでＳＨ波型表面波の振動エネルギーを閉じ込め、高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子である。
However, since this SH wave type surface wave is essentially a wave (SSBW) that goes under the substrate, it propagates along the piezoelectric substrate surface like a Rayleigh wave excited by an ST cut quartz plate. Compared with the device, the reflection efficiency of the surface acoustic wave by the grating reflector is poor, and there is a problem that it is difficult to realize an SH wave type SAW device having a small size and a high Q value.
In order to solve this problem, Japanese Patent Publication No. 01-034411 (Patent Document 2) shows a rotating Y-
しかし、この多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子は、グレーティング反射器を用いたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子（レイリー波型）と比較してエネルギー閉じ込め効果が小さく、高いＱ値を得るにはＩＤＴ電極対数が８００対±２００対と非常に多くの対数を必要とする。そのため、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも基板が大きくなり、ひいてはデバイスサイズが大きくなって、最近の小型化の要求に応えることができないという問題があった。 However, this multi-pair IDT electrode type SAW resonator has a smaller energy confinement effect than an ST-cut quartz crystal SAW resonator (Rayleigh wave type) using a grating reflector. Requires a very large number of logarithms of 800 pairs ± 200 pairs. As a result, the substrate becomes larger than the ST cut quartz SAW resonator, and as a result, the device size becomes large, and there has been a problem that the recent demand for miniaturization cannot be met.
また、特許文献２に開示されているＳＡＷ共振子では、ＩＤＴ電極によって励振されるＳＨ波型表面波の電極周期（波長）をλとしたとき、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下とすることによりＱ値を高めることができると記されている。例えば周波数を２００ＭＨｚとした場合、基準化電極膜厚Ｈ／λ（伝搬するＳＡＷの波長をλとし、電極膜厚Ｈを波長λで基準化した値、単に電極膜厚ともいう）が４％λ付近でＱ値が飽和し、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られてない。この原因として、基準化電極膜厚が２％λ以上、４％λ以下の膜厚では、ＳＨ波型表面波が圧電基板表面に閉じ込められず、十分な反射効率が得られないため、Ｑ値が大きくならないものと考えられる。
In the SAW resonator disclosed in
ＳＡＷデバイスの高周波化と共に良好な周波数エージング特性が強く求められ、エージング特性、耐電力特性の改善に関する多くの提案がなされた。特開平５−１９９０６２号公報（特許文献３）もその１つであり、該公報によると、周波数エージング特性を改善するには、水晶基板上に形成したアルミニウム電極の単結晶化が必要であるという。アルミニウム電極を単結晶化する条件は、水晶基板の表面状態と、アルミニウム成膜前の基板表面の汚染防止にあると記されている。 With the increase in the frequency of SAW devices, good frequency aging characteristics have been strongly demanded, and many proposals have been made regarding improvements in aging characteristics and power durability characteristics. JP-A-5-199062 (Patent Document 3) is one of them, and according to the publication, in order to improve frequency aging characteristics, it is necessary to make a single crystal of an aluminum electrode formed on a quartz substrate. . It is stated that the conditions for single-crystallizing the aluminum electrode are the surface state of the quartz substrate and the prevention of contamination of the substrate surface before the aluminum film is formed.
水晶基板は、水晶ブロックから回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板（３３度ＳＴカット水晶基板）を切断し、両面を所定の厚さまでラッピング研磨し、続いて表面をポリッシュする。最後にポリッシュで発生した水晶基板表面の加工変質層の除去および応力解放のためエッチングを行う。水晶基板のエッチング加工は弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸すことにより、水晶基板の表面を０．１μｍから２μｍ程度エッチングする。すると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この島の直径は１０ｎｍ（ナノメートル）から１００ｎｍで、高さは約１ｎｍから２０ｎｍの半球状をしている。また、隣接する島と島の間隔は約１０ｎｍから数十ｎｍ程度である。エッチングの時間、エッチング液の濃度により表面状態が変化するので、条件管理が必要であるという。 The quartz substrate is obtained by cutting a rotating Y-plate ST-cut quartz substrate (33-degree ST-cut quartz substrate) from the quartz block, lapping both surfaces to a predetermined thickness, and then polishing the surface. Finally, etching is performed to remove the work-affected layer on the surface of the quartz substrate generated by polishing and release the stress. In the etching process of the quartz substrate, the surface of the quartz substrate is etched by about 0.1 μm to 2 μm by dipping in an etching solution such as a mixed solution of hydrofluoric acid or ammonium fluoride. Then, the substrate surface has an island-like structure in which minute hemispherical islands exist almost uniformly. The diameter of the islands is 10 nm (nanometers) to 100 nm and the height is about 1 nm to 20 nm. ing. The distance between adjacent islands is about 10 nm to several tens of nm. Since the surface state changes depending on the etching time and the concentration of the etching solution, condition management is necessary.
もう一方の水晶基板の清浄化技術は、エッチングから成膜装置に取り付ける時間をできるだけ短縮すること、時間をおいて成膜装置に取り付ける場合は、イソプロピルアルコールの蒸気乾燥、あるいはイソプロピルアルコールに浸漬した後、遠心分離による液切り法などにより表面を疎水性にしておく。それに、真空装置のチャンバ内の壁面から放出されたガスに基板表面が汚染されないように、排気系はクライオ冷却式にする。また、チャンバは成膜用チャンバと、基板の出し入れ用のチャンバの複数に分け、成膜チャンバが大気にさらされなくなり、基板表面の汚染が少なくなる。 The other quartz substrate cleaning technology shortens the time required for attaching to the film forming apparatus from etching as much as possible. When attaching to the film forming apparatus after a long time, vapor drying of isopropyl alcohol or immersing in isopropyl alcohol. The surface is made hydrophobic by a liquid draining method by centrifugation or the like. In addition, the exhaust system is cryocooled so that the substrate surface is not contaminated by the gas released from the wall surface in the chamber of the vacuum apparatus. Further, the chamber is divided into a film forming chamber and a substrate loading / unloading chamber, so that the film forming chamber is not exposed to the atmosphere and contamination of the substrate surface is reduced.
従来技術により製作されたアルミニウム膜と、新たな技術により製作されたアルミニウム膜の評価に関し、Ｘ線回折装置による回折特性図と、電子顕微鏡による膜の粒子観察、さらにアルミニウム膜を４００℃に加熱処理し、その表面の状態を顕微鏡で観察することにより、行ったと記されている。新しい技術を用いて成膜したアルミニウム膜のロッキングカーブ法による半値幅が、バルクのアルミニウム単結晶の半値幅とほぼ同等であり、アルミニウム膜が良質の単結晶膜であることを示していると記されている。 Regarding the evaluation of aluminum films produced by conventional techniques and aluminum films produced by new techniques, diffraction characteristics using an X-ray diffractometer, observation of film particles by an electron microscope, and heat treatment of the aluminum film to 400 ° C However, it is described that the surface condition was observed with a microscope. The half-value width by rocking curve method of an aluminum film formed using a new technology is almost the same as the half-value width of a bulk aluminum single crystal, indicating that the aluminum film is a good quality single crystal film. Has been.
従来技術で成膜したＳＡＷ共振子と、新しい技術を用いて成膜したＳＡＷ共振子にそれぞれ約２０ミリワットの電力を印加し、経時変化による周波数変化を測定したところ、新しい技術を用いたＳＡＷ共振子は１０００時間後の変化が−数ｐｐｍなのに対し、従来技術のものは−数十ｐｐｍから−１００ｐｐｍ以上と極めて大きかったという。 A power change of about 20 milliwatts was applied to the SAW resonator formed using the conventional technology and the SAW resonator formed using the new technology, and the change in frequency over time was measured. The change after 1000 hours was −several ppm, whereas the prior art was extremely large, from −several tens ppm to −100 ppm or more.
ＷＯ００／２４１２３号公報には、Ｙ板をＸ軸の周りに１０〜６０°回転して得られる回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板上に形成したアルミニウム電極に関して記述されている。測定解析技術の進歩により、従来、単結晶と理解されていたアルミニウム膜の解釈が少し変化しているものと思われる。この公報の開示によると、アルミニウムの層は多結晶であり、結晶粒界が双晶粒界（隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にある結晶粒界）となっている。これによりＳＡＷ共振子は長期間使用しても周波数が変化しにくいという。その理由として、アルミニウムの層が多結晶であると、粒界エネルギーが生じる。従来のアルミニウム膜のように、多結晶で構成されており、且つこの多結晶を構成する各結晶の配向がランダムであると、粒界エネルギーが大きくなる。粒界エネルギーが大きくなると電極膜に振動が加えられた場合に、結晶が少しずつ移動することになる。このため、このような電極膜に長時間振動が加わると、電極膜が経時劣化し、周波数が変動すると考えられるという。 WO 00/24123 describes an aluminum electrode formed on an ST cut quartz substrate of a rotated Y plate obtained by rotating the Y plate by 10 to 60 ° around the X axis. With the progress of measurement and analysis technology, the interpretation of the aluminum film, which was conventionally understood as a single crystal, seems to have changed slightly. According to the disclosure of this publication, the aluminum layer is polycrystalline, and the crystal grain boundary is a twin crystal grain boundary (a crystal grain boundary in which adjacent crystal grains are in a twin crystal relationship). As a result, the SAW resonator is less likely to change in frequency even after long-term use. This is because grain boundary energy is generated when the aluminum layer is polycrystalline. The grain boundary energy becomes large when it is composed of a polycrystal like a conventional aluminum film and the orientation of each crystal constituting the polycrystal is random. When the grain boundary energy increases, the crystal moves little by little when vibration is applied to the electrode film. For this reason, when vibration is applied to such an electrode film for a long time, it is considered that the electrode film deteriorates with time and the frequency fluctuates.
一方、本発明のように、アルミニウム膜を構成する結晶の結晶粒界が双晶粒界であると、即ち隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にあると、粒界エネルギーが小さくなり、電極膜に長期間の振動が加えられてもアルミニウム膜を構成する粒子の移動はしにくい。それ故、長期間使用した場合でも経時変化しにくいと考えられるという。
ＳＡＷ共振子の断面の観察としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてアルミニウム膜の粒界の界面が双晶粒界であることを確認したと記している。また、電子線回折で写した写真により双晶を確認したという。
On the other hand, if the crystal grain boundaries of the crystals constituting the aluminum film are twin grain boundaries as in the present invention, that is, if adjacent crystal grains are in a twin crystal relationship, the grain boundary energy is reduced, and the electrode Even if long-term vibration is applied to the film, it is difficult for the particles constituting the aluminum film to move. Therefore, even if it is used for a long time, it is considered that it is difficult to change over time.
As an observation of the cross section of the SAW resonator, it is described that the interface of the grain boundary of the aluminum film was confirmed to be a twin grain boundary using a transmission electron microscope (TEM). In addition, twin crystals were confirmed by photographs taken by electron diffraction.
しかしながら、特許文献３、４には、Ｙ板をＸ軸の周りに−５０°回転して得られるＳＨ波用水晶基板上に形成するＳＨ波型ＳＡＷデバイスについて、何ら記述されてなく、ＳＨ波用水晶基板をどの程度エッチングし、どのようにアルミニウム電極を形成すれば、＋１２５℃の雰囲気中で＋１０ｄＢｍの電力を印加して行う高温動作エージングに要求されるエージング規格（１例として１０００時間で１０ｐｐｍ以下）に適合できるかについては何ら記述がなく、ＳＨ波型ＳＡＷデバイスの諸パラメータをどうのように設定すべきか、手がかりが無いという問題があった。 However, Patent Documents 3 and 4 do not describe any SH wave type SAW device formed on a quartz substrate for SH wave obtained by rotating the Y plate about −50 ° around the X axis. How much the quartz substrate is etched and how the aluminum electrode is formed, the aging standard required for high-temperature operation aging performed by applying +10 dBm power in an atmosphere of + 125 ° C. (for example, 10 ppm in 1000 hours) There is no description as to whether it can be adapted to the following), and there is a problem that there is no clue as to how to set various parameters of the SH wave type SAW device.
本発明は、エージング特性の良好なＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することを目的とする。
また本発明は、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスの製造方法を提供するとともに、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いたモジュール装置および発振回路を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an SH wave type SAW device having good aging characteristics.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the SH wave type SAW device and a module device and an oscillation circuit using the SH wave type SAW device.
上記課題を解決するために本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴの波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。なお、このエッチングは、ウエットエッチングが好ましい。 In order to solve the above-described problems, a surface acoustic wave device according to the present invention includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of Al or an alloy containing Al as a main component. In the surface acoustic wave device, the piezoelectric substrate has a cut angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate set in a range of −64.0 ° <θ <−49.3 ° counterclockwise from the crystal Z axis. And a quartz crystal plate whose surface acoustic wave propagation direction is 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and has an etching mark that is formed on the surface of the piezoelectric substrate by etching from one to the other. When the wavelength of the surface acoustic wave to be excited is λ, the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength of the IDT is 0.04 <H / λ <0.12, and the IDT electrode is Formed on the surface of the piezoelectric substrate having the etching marks. Wherein the in which an SH wave type surface acoustic wave device. This etching is preferably wet etching.
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上の厚さでエッチングしたＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。 A surface acoustic wave device according to the present invention includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of Al or an alloy containing Al as a main component, and an excitation wave is an SH wave. The piezoelectric substrate has a cut angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate set in a range of −64.0 ° <θ <−49.3 ° counterclockwise from the crystal Z axis, and an elastic surface A crystal flat plate whose wave propagation direction is 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and where the wavelength of the surface acoustic wave to be excited is λ, the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength of the IDT electrode 0.04 <H / λ <0.12, and the main surface of the piezoelectric substrate is an SH wave type surface acoustic wave device etched to a thickness of 0.002 μm or more.
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 In the surface acoustic wave device, the relationship between the cut angle θ and the electrode film thickness H / λ has a relationship of −1.34082 × 10 −4 × θ 3 −2.34969 × 10 −2 × θ 2 −1.37506 × θ−26.7895 <H / λ <-1.02586 × 10 −4 × θ 3 −1.73238 × 10 −2 × θ 2 −0.977607 × θ−18.3420 The SH wave type surface acoustic wave device is satisfied.
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 In the surface acoustic wave device, when the electrode finger width of the electrode fingers constituting the IDT electrode / (electrode finger width + space between electrode fingers) is the line occupation ratio mr, the cut angle θ, the electrode film thickness, and the line Occupancy rate product (H / λ) × mr is −8.04489 × 10 −5 × θ 3 −1.40981 × 10 −2 × θ 2 −0.825038 × θ−16.0737 <(H / λ) × mr <−6.15517 It is an SH wave type surface acoustic wave device characterized by satisfying × 10 −5 × θ 3 −1.03943 × 10 −2 × θ 2 −0.586564 × θ-11.0052.
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。 A surface acoustic wave device according to the present invention includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of Al or an alloy containing Al as a main component, and an excitation wave is an SH wave. The piezoelectric substrate has a cut angle θ of the rotating Y-cut quartz substrate set in a range of −61.4 ° <θ <−51.1 ° counterclockwise from the crystal Z axis, and an elastic surface It is a quartz crystal plate whose wave propagation direction is 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and has an etching mark that is formed on one surface of the piezoelectric substrate by wet etching. When the wavelength of the surface acoustic wave to be performed is λ, the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength of the IDT electrode is set to 0.05 <H / λ <0.10, and the IDT electrode is connected to the piezoelectric substrate. It is formed on the surface with etching marks Characterized in that it is a H-wave type surface acoustic wave device.
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 In the surface acoustic wave device, the relationship between the cut angle θ and the electrode film thickness H / λ is −1.44605 × 10 −4 × θ 3 −2.50690 × 10 −2 × θ 2 −1.45086 × θ−27.9464 <H / λ <−9.87591 × 10 −5 × θ 3 −1.70304 × 10 −2 × θ 2 −0.981173 × θ−18.7946 is satisfied, the SH wave type surface acoustic wave device.
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 In the surface acoustic wave device, when the electrode finger width of the electrode fingers constituting the IDT electrode / (electrode finger width + space between electrode fingers) is the line occupation ratio mr, the cut angle θ, the electrode film thickness, and the line Occupancy rate product (H / λ) × mr is −8.67632 × 10 −5 × θ 3 −1.50414 × 10 −2 × θ 2 −0.870514 × θ−16.7678 <(H / λ) × mr <−5.92554 It is an SH wave type surface acoustic wave device characterized by satisfying × 10 −5 × θ 3 −1.02183 × 10 −2 × θ 2 −0.588704 × θ−11.2768.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にＩＤＴ電極を少なくとも１個配置した１ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is an SH wave type surface acoustic wave device characterized in that it is a one-port surface acoustic wave resonator in which at least one IDT electrode is disposed on the piezoelectric substrate.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を少なくとも２個配置した２ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is a two-port surface acoustic wave resonator in which at least two IDT electrodes are arranged along the propagation direction of the surface acoustic wave of the piezoelectric substrate. It is a device.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is a laterally coupled multimode filter in which a plurality of surface acoustic wave resonators are arranged in parallel and close to the propagation direction of the surface acoustic wave of the piezoelectric substrate. Type surface acoustic wave device.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のＩＤＴ電極からなる２ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is a longitudinally coupled multimode filter in which a 2-port surface acoustic wave resonator composed of a plurality of IDT electrodes is disposed along the propagation direction of the surface acoustic wave of the piezoelectric substrate. This is an SH wave type surface acoustic wave device.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のＳＨ波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタあることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device may be a ladder type surface acoustic wave filter in which a plurality of SH wave type surface acoustic wave resonators are connected in a ladder shape on the piezoelectric substrate. is there.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるＩＤＴ電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 Further, the surface acoustic wave device is an SH wave type elastic device characterized by being a transversal SAW filter in which a plurality of IDT electrodes for bidirectionally propagating surface acoustic waves are arranged on the piezoelectric substrate at a predetermined interval. It is a surface wave device.
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるＩＤＴ電極を少なくとも１つ配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is an SH wave type surface acoustic wave device characterized in that it is a transversal SAW filter in which at least one IDT electrode for propagating surface acoustic waves in one direction is disposed on the piezoelectric substrate. .
また前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is an SH wave type surface acoustic wave device that is a surface acoustic wave sensor.
また前記弾性表面波デバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。 The surface acoustic wave device is an SH wave type surface acoustic wave device characterized by having grating reflectors on both sides of the IDT electrode.
また本発明に係るモジュール装置や本発明に係る発振回路は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴としている。 The module device according to the present invention and the oscillation circuit according to the present invention are characterized by using the above-described SH wave type surface acoustic wave device.
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法であり、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成することを特徴としたＳＨ波型表面波デバイスの製造方法である。すなわち本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成する工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上０．１μｍ未満の厚さでエッチングする工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
The method for manufacturing a surface acoustic wave device according to the present invention is a method for manufacturing the above-described SH wave type surface acoustic wave device, and before forming the Al or Al-based alloy film into the main surface of the quartz substrate Is a method of manufacturing an SH wave type surface acoustic wave device, characterized in that an etching mark is formed on one of the main surfaces by wet etching. That is, in the method for manufacturing a surface acoustic wave device according to the present invention, the main surface of the piezoelectric substrate is wet-etched to form an etching mark on the main surface from one side to the other, and the etched main surface of the piezoelectric substrate is formed. Forming the IDT electrode.
The method of manufacturing a surface acoustic wave device according to the present invention includes a step of etching the main surface of the piezoelectric substrate with a thickness of 0.002 μm or more and less than 0.1 μm, and the IDT electrode on the etched main surface of the piezoelectric substrate. And a step of forming.
本発明のＳＡＷデバイスは、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向が結晶Ｘ軸に対して９０°±５°として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、本来基板内部に潜って進んでいく波を基板表面に集中させてグレーティング反射器等により表面波の反射を効率良く利用できるようにし、更に前記水晶基板を０．００２μｍ以上エッチングしたので、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。なおカット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用いているので、この水晶基板のエッチング量を０．１μｍ未満にすることができ、エッチングが短時間で終わる。 The SAW device of the present invention is a rotating Y-cut quartz substrate having a cut angle θ in the range of −64.0 ° <θ <−49.3 °, preferably −61.4 ° <θ <−51.1 °. Using an SH wave excited with a SAW propagation direction of 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, the electrode material of the IDT electrode and the grating reflector is made of Al or an alloy mainly composed of Al, By setting the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength to 0.04 <H / λ <0.12, preferably 0.05 <H / λ <0.10, Concentrate the wave on the surface of the substrate so that the reflection of the surface wave can be efficiently used by a grating reflector, etc. Further, the quartz substrate is etched by 0.002 μm or more, so it is small and has a high Q value and frequency aging characteristics. Offers an excellent SH wave type SAW device Can be provided. Note that a rotating Y-cut quartz substrate having a cut angle θ in the range of −64.0 ° <θ <−49.3 °, preferably −61.4 ° <θ <−51.1 ° is used. The etching amount of the quartz substrate can be made less than 0.1 μm, and the etching is completed in a short time.
そして電極膜厚Ｈ／λとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。 By satisfying the conditions of the electrode film thickness H / λ and the cut angle θ, the apex temperature Tp (° C.) is set within a practical temperature range, and an SH wave type SAW device having excellent frequency aging characteristics is obtained. Can do.
また電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。 In addition, by satisfying the condition of product of electrode film thickness and line occupancy (H / λ) × mr and cut angle θ, apex temperature Tp (° C.) is set within a practical temperature range, and frequency aging characteristics are An excellent SH wave type SAW device can be obtained.
また種々の方式のＳＡＷデバイスを用いれば、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。 Further, if various types of SAW devices are used, it is possible to provide an SH wave type SAW device that is small in size, has a high Q value, and is excellent in frequency aging characteristics.
またＳＡＷデバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配置してＳＡＷのエネルギーを前記ＩＤＴ電極内に十分閉じ込めることができるので、小型でＱ値が高く、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。 In addition, since the SAW device can dispose the grating reflectors on both sides of the IDT electrode and sufficiently confine the SAW energy in the IDT electrode, it is small, has a high Q value, and has excellent frequency aging characteristics. A device can be provided.
そして本発明のモジュール装置、又は発振回路は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いているので小型で高性能で、周波数エージング特性が優れたモジュール装置、又は発振回路を提供することができる。 Since the module device or the oscillation circuit of the present invention uses the SH wave type SAW device of the present invention, it is possible to provide a module device or an oscillation circuit that is small in size, high in performance, and excellent in frequency aging characteristics.
また本発明の製造方法は、ＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法において、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したもので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。 Further, the manufacturing method of the present invention shows a manufacturing method in which the main surface of the quartz substrate is etched before forming an Al or Al-based alloy film in a method of manufacturing an SH wave type surface acoustic wave device. Therefore, it becomes easy to manufacture an SH wave type surface acoustic wave device having good aging characteristics.
本発明を説明する前に、本発明の元になった特願２００４−３１０４５２号について説明する。ＳＨ波型表面波は、図１（ａ）に示すようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型の表面波である。図１（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子であって、水晶基板１の主面上にＺ’軸方向に沿ってＩＤＴ電極２を配置すると共に、該ＩＤＴ電極２の両側にグレーティング反射器３ａ、３ｂを配設してＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極２は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より構成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばす。
Prior to describing the present invention, Japanese Patent Application No. 2004-310452, which is the basis of the present invention, will be described. As shown in FIG. 1A, the SH wave type surface wave has a rotation angle θ of the Y-cut quartz substrate of about −50 ° counterclockwise from the crystal axis Z, and 90 ° ± 5 ° direction with respect to the crystal axis X. This is an SH wave type surface wave propagating to the surface. FIG. 1B shows an SH wave type SAW resonator in which an
ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極材料はアルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする合金とし、ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極膜厚ＨをＳＨ波型表面波の波長λで基準化したＨ／λを基準化電極膜厚、ＩＤＴ電極２を構成する電極指幅をＬ、電極指幅Ｌと電極指間のスペースＳとの和を（Ｌ＋Ｓ）としたとき、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）をライン占有率ｍｒとし、特に記述しないときは、ｍｒ＝０．６０を用いる。
The electrode material of the
本発明においては、従来の欠点を鑑みて電極膜厚Ｈ／λを、従来の値より大きく設定することで、ＳＨ波型表面波を圧電基板表面に集中させて、グレーティング反射器によりＳＨ波型表面波の反射を効率良く利用できるようにし、少ないＩＤＴ電極対数やグレーティング反射器本数でもＳＨ波型表面波エネルギーをＩＤＴ電極内に閉じ込めるようにしてデバイスサイズの小型化を図った。 In the present invention, the electrode film thickness H / λ is set to be larger than the conventional value in view of the conventional drawbacks, so that the SH wave type surface wave is concentrated on the surface of the piezoelectric substrate, and the SH wave type is obtained by the grating reflector. The reflection of the surface wave can be used efficiently, and the device size can be reduced by confining the SH wave type surface wave energy in the IDT electrode even with a small number of IDT electrode pairs and grating reflectors.
図２は、図１（ｂ）に示したＳＨ波型ＳＡＷ共振子において、圧電基板１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板（オイラー角表示では（０°，３９°，９０°））を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、電極膜厚Ｈ／λを０．０６、ＩＤＴ電極２の対数を１００対、グレーティング反射器３ａ、３ｂの本数を各々１００本として構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性（実線）を示した図である。また、比較の為に、圧電基板の大きさを同一にしたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の周波数温度特性を破線で示し、重ね書きした。
FIG. 2 shows a SH wave type SAW resonator shown in FIG. 1B. The
図３は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λとＱ値の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子のＱ値（１５，０００）を上回る値が得られることが分かる。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２０，０００以上もの高いＱ値が得られる。 FIG. 3 shows the relationship between the electrode film thickness H / λ and the Q value in the SH wave type SAW resonator of the present invention, and the resonator design conditions are the same as described above. From the figure, it can be seen that a value exceeding the Q value (15,000) of the ST-cut quartz SAW resonator can be obtained in the range of 0.04 <H / λ <0.12. Furthermore, a high Q value of 20,000 or more can be obtained by setting the range of 0.05 <H / λ <0.10.
また、特公平０１−０３４４１１号にある多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子と本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＱ値を比較すると、特公平０１−０３４４１１号で得られているＱ値は共振周波数が２０７．５６１（ＭＨｚ）における値であり、これを本実施例で適用している共振周波数３１５（ＭＨｚ）に変換するとＱ値は１５，０００程度となり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とほぼ同等である。また、共振子のサイズを比較すると、特公平０１−０３４４１１号の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子は８００±２００対もの対数が必要なのに対し、本発明ではＩＤＴとグレーティング反射器の両方で２００対分の大きさで十分であるので格段に小型化できる。従って、電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定し、グレーティング反射器を設けて効率良くＳＨ波型表面波を反射することで、特公平０１−０３４４１１号に開示されている多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子よりも小型で且つＱ値が高いＳＡＷデバイスを実現できる。 Further, when comparing the Q values of the multi-pair IDT type SAW resonator in Japanese Patent Publication No. 01-034411 and the SH wave type SAW resonator of the present invention, the Q value obtained in Japanese Patent Publication No. 01-034411 is the resonance frequency. Is a value at 207.561 (MHz), and when this is converted to the resonance frequency 315 (MHz) applied in the present embodiment, the Q value becomes about 15,000, which is almost equivalent to the ST cut quartz SAW resonator. is there. Further, when comparing the size of the resonator, the multi-pair IDT type SAW resonator of Japanese Patent Publication No. 01-034411 requires 800 ± 200 pairs of logarithms, whereas in the present invention, it is 200 pairs for both the IDT and the grating reflector. Since the size of is sufficient, the size can be significantly reduced. Therefore, the electrode film thickness is set in the range of 0.04 <H / λ <0.12, and a grating reflector is provided to efficiently reflect the SH wave type surface wave, which is disclosed in Japanese Patent Publication No. 01-034411. Thus, it is possible to realize a SAW device that is smaller and has a higher Q value than the many-pair IDT SAW resonator.
次に、図４は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。図４より高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲において、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）よりも良好な値が得られた。以上より電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイス及び特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスよりも小型でＱ値が高く、且つ周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスを提供できることが分かった。 Next, FIG. 4 shows the relationship between the electrode film thickness H / λ and the secondary temperature coefficient in the SH wave type SAW resonator of the present invention, and the resonator design conditions are the same as described above. In the range of 0.04 <H / λ <0.12 where a higher Q value than that in FIG. 4 can be obtained, the value is better than the second-order temperature coefficient of the ST-cut quartz SAW resonator −0.034 (ppm / ° C. 2 ). was gotten. As described above, by setting the electrode film thickness H / λ in the range of 0.04 <H / λ <0.12, it is smaller than the ST-cut quartz SAW device and the SAW device disclosed in Japanese Patent Publication No. 01-034411. It was found that a SAW device having a high Q value and excellent frequency stability can be provided.
なお、これまでカット角θを−５１°とした場合についてのみ示してきたが、本発明のＳＡＷ共振子においてはカット角θを変えても膜厚依存性は大きく変化せず、−５１°から数度ずれたカット角においても電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、良好なＱ値と２次温度係数が得られる。 Although only the case where the cut angle θ is set to −51 ° has been shown so far, in the SAW resonator of the present invention, the film thickness dependency does not change greatly even when the cut angle θ is changed, and from −51 °. By setting the electrode film thickness within the range of 0.04 <H / λ <0.12 even at a cut angle shifted by several degrees, a good Q value and a secondary temperature coefficient can be obtained.
ところで、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、非常に広い温度範囲では３次的な温度特性となるが、特定の狭い温度範囲では２次特性と見なすことができ、その頂点温度Ｔｐは電極膜厚やカット角によって変化する。従って、いくら周波数温度特性が優れていても頂点温度Ｔｐが使用温度範囲外となってしまうと周波数安定性は著しく劣化してしまうので、実用的な使用温度範囲（−５０℃〜＋１２５℃）において優れた周波数安定性を実現するには、２次温度係数だけでなく頂点温度Ｔｐについても詳細に検討する必要がある。 By the way, the SH wave type SAW resonator of the present invention has a third-order temperature characteristic in a very wide temperature range, but can be regarded as a second-order characteristic in a specific narrow temperature range. It varies depending on the film thickness and cut angle. Therefore, no matter how excellent the frequency temperature characteristics, if the apex temperature Tp falls outside the operating temperature range, the frequency stability will be significantly deteriorated. Therefore, in the practical operating temperature range (-50 ° C to + 125 ° C). In order to realize excellent frequency stability, it is necessary to examine not only the secondary temperature coefficient but also the apex temperature Tp in detail.
図５（ａ）は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子においてカット角θを−５０．５°としたときの電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ａ）から明らかなように、電極膜厚Ｈ／λを大きくすると頂点温度Ｔｐは下がり、電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−26.42 ・・・（１）
また、−５０°近傍のカット角においても切片を除けばおおよそ（１）式が適用できる。
FIG. 5A shows the relationship between the electrode film thickness H / λ and the apex temperature Tp when the cut angle θ is −50.5 ° in the SH wave type SAW resonator of the present invention. As apparent from FIG. 5A, when the electrode film thickness H / λ is increased, the apex temperature Tp decreases, and the relationship between the electrode film thickness H / λ and the apex temperature Tp is expressed by the following approximate expression.
Tp (H / λ) = - 41825 × (H / λ) 2 + 2855.4 × (H / λ) -26.42 ··· (1)
Further, the expression (1) can be roughly applied except for the intercept at a cut angle in the vicinity of −50 °.
また、図５（ｂ）は、本発明のＳＡＷ共振子において電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ｂ）から明らかなように、カット角θの絶対値を小さくすると頂点温度Ｔｐは下がり、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(θ)=−43.5372×θ−2197.14 ・・・（２）
FIG. 5B shows the relationship between the cut angle θ and the apex temperature Tp when the electrode film thickness H / λ is 0.06 in the SAW resonator of the present invention. As is clear from FIG. 5B, when the absolute value of the cut angle θ is decreased, the vertex temperature Tp decreases, and the relationship between the cut angle θ and the vertex temperature Tp is expressed by the following approximate expression.
Tp (θ) = − 43.5372 × θ−2197.14 (2)
式（１）及び式（２）から電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とした時に頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、カット角θを−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲に設定すれば良いことが分かる。 From Equation (1) and Equation (2), when the electrode film thickness H / λ is 0.04 <H / λ <0.12, the apex temperature Tp is set to a practical operating temperature range (−50 to + 125 ° C.). For this purpose, it is understood that the cut angle θ should be set in the range of −59.9 ° ≦ θ ≦ −48.9 °.
また、電極膜厚Ｈ／λとカット角θの双方を考慮する場合、頂点温度Ｔｐは式（１）及び式（２）から次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ,θ)=Tp(H/λ)＋Tp(θ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−43.5372×θ−2223.56 ・・・（３）
式（３）より、頂点温度Ｔｐを使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚Ｈ／λ及びカット角θを設定すれば良い。
0.9613≦−18.498×(H/λ)2+1.2629×(H/λ)−0.019255×θ≦1.0387 ・・・（４）
When considering both the electrode film thickness H / λ and the cut angle θ, the apex temperature Tp is expressed by the following approximate expression from the expressions (1) and (2).
Tp (H / λ, θ) = Tp (H / λ) + Tp (θ) = − 41825 × (H / λ) 2 + 2855.4 × (H / λ) −43.5372 × θ−2223.56 (3)
From equation (3), in order to set the apex temperature Tp within the operating temperature range (−50 to + 125 ° C.), the electrode film thickness H / λ and the cut angle θ may be set within the range represented by the following equation.
0.9613 ≦ −18.498 × (H / λ) 2 + 1.2629 × (H / λ) −0.019255 × θ ≦ 1.0387 (4)
このように、本発明ではカット角θが−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスより小型で、且つＱ値が大きく、且つ周波数安定性の優れているＳＡＷデバイスを実現できる。 Thus, in the present invention, a rotating Y-cut quartz substrate having a cut angle θ in the range of −59.9 ° ≦ θ ≦ −48.9 ° is used, and the SAW propagation direction is substantially perpendicular to the X axis. Using an excited SH wave, the electrode material of the IDT electrode and the grating reflector is made of Al or an alloy mainly containing Al, and the electrode film thickness H / λ is 0.04 <H / λ <0.12. By doing so, it is possible to realize a SAW device that is smaller than an ST-cut quartz SAW device, has a large Q value, and is excellent in frequency stability.
ここで、より最適な条件について検討すると、電極膜厚Ｈ／λは図３よりＱ値として２０，０００以上が得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定するのが好ましい。また、頂点温度Ｔｐをより実用的な使用温度範囲（０°〜＋７０℃）に設定するためには、カット角θは−５５．７°≦θ≦−５０．２°の範囲に設定するのが好ましく、更には、式（３）より得られる次式の範囲にカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定するのが好ましい。
0.9845≦−18.518×(H/λ)2＋1.2643×(H/λ)−0.019277×θ≦1.0155 ・・・（５）
Here, considering more optimal conditions, it is preferable that the electrode film thickness H / λ is set in a range of 0.05 <H / λ <0.10 in which a Q value of 20,000 or more is obtained from FIG. . Further, in order to set the vertex temperature Tp to a more practical use temperature range (0 ° to + 70 ° C.), the cut angle θ is set to a range of −55.7 ° ≦ θ ≦ −50.2 °. Furthermore, it is preferable to set the cut angle θ and the electrode film thickness H / λ within the range of the following formula obtained from the formula (3).
0.9845 ≦ −18.518 × (H / λ) 2 + 1.2643 × (H / λ) −0.019277 × θ ≦ 1.0155 (5)
以上では、図５（ａ）のカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係、及び図５（ｂ）の電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係から、頂点温度Ｔｐが実用的な使用温度範囲に入るような電極膜厚Ｈ／λとカット角θの関係式を導き出したが、更にカット角θの範囲を広げて実験を行ったところ、より詳細な条件を見出すことができたので以下説明する。 The relationship between the electrode film thickness H / λ and the apex temperature Tp when the cut angle θ in FIG. 5A is −50.5 ° and the electrode film thickness H / λ in FIG. From the relationship between the cut angle θ and the apex temperature Tp when .06 was set, a relational expression between the electrode film thickness H / λ and the cut angle θ that led the apex temperature Tp to fall within the practical operating temperature range was derived. When the experiment was conducted with the range of the cut angle θ widened, more detailed conditions could be found and will be described below.
図６は、前記ＳＨ波型ＳＡＷ共振子において頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示しており、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ≒−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ≒−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ≒−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ≒−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895
FIG. 6 shows the relationship between the crystal substrate cut angle θ and the electrode thickness H / λ when the apex temperature Tp (° C.) is Tp = −50, 0, +70, +125 in the SH wave type SAW resonator. The approximate expression of each Tp characteristic is as follows.
Tp = −50 (° C.): H / λ≈−1.02586 × 10 −4 × θ 3 −1.73238 × 10 −2 × θ 2 −0.977607 × θ−18.3420
Tp = 0 (° C.): H / λ≈−9.87591 × 10 −5 × θ 3 −1.70304 × 10 −2 × θ 2 −0.981173 × θ−18.7946 Tp = + 70 (° C.): H / λ≈−1.44605 × 10 -4 × θ 3 −2.50690 × 10 -2 × θ 2 −1.45086 × θ−27.9464
Tp = + 125 (° C.): H / λ≈−1.34082 × 10 −4 × θ 3 −2.34969 × 10 −2 × θ 2 −1.37506 × θ−26.7895
図６から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は、従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は図６の点Ａから点Ｂに示す範囲の−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。 From FIG. 6, in order to set the apex temperature Tp (° C.) to a practical range of −50 ≦ Tp ≦ + 125, the region surrounded by the curves of Tp = −50 ° C. and Tp = + 125 ° C., that is, − 1.34082 × 10 -4 × θ 3 −2.34969 × 10 −2 × θ 2 −1.37506 × θ−26.7895 <H / λ <−1.02586 × 10 -4 × θ 3 −1.73238 × 10 −2 × θ 2 −0.977607 × θ It can be seen that the cut angle θ and the electrode film thickness H / λ may be set so that −18.3420. Further, the range of the electrode film thickness H / λ at this time is 0.04 <H / λ <0.12 in which characteristics superior to those of the conventional ST-cut quartz crystal device can be obtained, and the range of the cut angle θ is shown in FIG. It is necessary to satisfy −64.0 <θ <−49.3 in the range from point A to point B.
更に、より最適な条件について検討すると、頂点温度Ｔｐ（℃）はより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するのが望ましい。Ｔｐ（℃）を前述の範囲に設定するには、図６に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良い。また、電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θを図６の点Ｃから点Ｄに示す範囲の−６１．４＜θ＜−５１．１に設定する必要がある。 Further, considering more optimal conditions, it is desirable to set the vertex temperature Tp (° C.) to 0 ≦ Tp ≦ + 70, which is a more practical use temperature range. In order to set Tp (° C.) within the above-mentioned range, the region surrounded by the curves of Tp = 0 ° C. and Tp = + 70 ° C. shown in FIG. 6, ie, −1.444605 × 10 −4 × θ 3 −2.50690 × 10 -2 × θ 2 −1.45086 × θ−27.9464 <H / λ <−9.87591 × 10 −5 × θ 3 −1.70304 × 10 −2 × θ 2 −0.981173 × θ−18.7946 The thickness H / λ may be set. The electrode film thickness H / λ is preferably in the range of 0.05 <H / λ <0.10 where a Q value of 20,000 or more is obtained, the electrode film thickness is in the above range, and the apex temperature Tp ( C)) within the range of 0 ≦ Tp ≦ + 70, it is necessary to set the cut angle θ to −61.4 <θ <−51.1 in the range indicated by point C to point D in FIG. .
以上、詳細に検討した結果、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、表面波の伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が大きく優れた温度特性が得られると共に、頂点温度Ｔpを実用的な使用温度範囲内に設定できることを見出した。 As a result of detailed examination, the rotated Y-cut quartz substrate having a cut angle θ in the range of −64.0 ° <θ <−49.3 °, preferably −61.4 ° <θ <−51.1 °. Using an SH wave excited with a surface wave propagation direction substantially perpendicular to the X-axis, the electrode material of the IDT electrode and the grating reflector is made of Al or an alloy mainly composed of Al. By setting the electrode film thickness H / λ to 0.04 <H / λ <0.12, preferably 0.05 <H / λ <0.10, the temperature is higher and the Q value is superior to that of the ST-cut quartz SAW device. It has been found that the characteristics can be obtained and the apex temperature Tp can be set within a practical use temperature range.
ところで、これまでＩＤＴのライン占有率ｍｒを０．６０と固定したときの例について説明してきたが、以下ではライン占有率を変数に含めた場合のＴｐ特性について検討した。図７は、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示している。なお、縦軸は頂点温度Ｔｐ（℃）を、横軸は電極膜厚とライン占有率との積（Ｈ／λ）×ｍｒを示しており、このときの水晶基板のカット角θは−５１．５°としている。図７に示すように、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの値を大きくする程、頂点温度Ｔｐは下がることが分かる。 By the way, although the example when the line occupation rate mr of IDT is fixed to 0.60 has been described so far, the Tp characteristic when the line occupation rate is included in the variable is examined below. FIG. 7 shows the relationship between the product (H / λ) × mr of the electrode film thickness and the line occupation rate, and the apex temperature Tp. The vertical axis represents the apex temperature Tp (° C.), and the horizontal axis represents the product (H / λ) × mr of the electrode film thickness and the line occupancy. The cut angle θ of the quartz substrate at this time is −51. .5 °. As shown in FIG. 7, it is understood that the vertex temperature Tp decreases as the product of the electrode film thickness and the line occupancy (H / λ) × mr increases.
次に、図８は頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係を示している。なお、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737
Next, FIG. 8 shows the product (H / λ) × mr of the cut angle θ of the quartz substrate, the electrode film thickness, and the line occupation rate when the apex temperature Tp (° C.) is Tp = −50, 0, +70, +125. Shows the relationship. The approximate expression of each Tp characteristic is as follows.
Tp = −50 (° C.): H / λ × mr≈−6.115517 × 10 −5 × θ 3 −1.03943 × 10 −2 × θ 2 −0.586564 × θ−11.0052
Tp = 0 (° C.): H / λ × mr≈−5.92554 × 10 −5 × θ 3 −1.02183 × 10 −2 × θ 2 −0.588704 × θ−11.2768
Tp = + 70 (° C.): H / λ × mr≈−8.67632 × 10 −5 × θ 3 −1.50414 × 10 −2 × θ 2 −0.870514 × θ−16.7678
Tp = + 125 (° C.): H / λ × mr≈−8.04489 × 10 −5 × θ 3 −1.40981 × 10 −2 × θ 2 −0.825038 × θ−16.0737
図８から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。 From FIG. 8, in order to set the apex temperature Tp (° C.) to a practical range of −50 ≦ Tp ≦ + 125, the region surrounded by the curves of Tp = −50 ° C. and Tp = + 125 ° C., that is, − 8.04489 × 10 -5 × θ 3 −1.40981 × 10 −2 × θ 2 −0.825038 × θ−16.0737 <H / λ × mr <−6.15517 × 10 -5 × θ 3 −1.03943 × 10 −2 × θ 2 −0.586564 It can be seen that the cut angle θ and the product of the electrode film thickness and the line occupancy H / λ × mr may be set so that × θ−11.0052. In this case, the range of the electrode film thickness H / λ is 0.04 <H / λ <0.12 in which characteristics superior to those of the conventional ST-cut quartz crystal device are obtained, and the range of the cut angle θ is −64.0. It is necessary to satisfy <θ <−49.3.
また、頂点温度Ｔｐ（℃）をより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するには、図８に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒを設定すれば良い。また、この時の電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、且つ、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θは−６１．４＜θ＜−５１．１とするのが望ましい。 Further, in order to set the apex temperature Tp (° C.) to 0 ≦ Tp ≦ + 70 which is a more practical use temperature range, a region surrounded by curves of Tp = 0 ° C. and Tp = + 70 ° C. shown in FIG. That is, −8.67632 × 10 −5 × θ 3 −1.50414 × 10 −2 × θ 2 −0.870514 × θ−16.7678 <H / λ × mr <−5.92554 × 10 −5 × θ 3 −1.02183 × 10 −2 × θ The cut angle θ and the product of the electrode film thickness and the line occupation ratio (H / λ) × mr may be set so that 2−0.588704 × θ−11.2768. In addition, the electrode film thickness H / λ at this time is preferably 0.05 <H / λ <0.10, in which a Q value of 20,000 or more is obtained, the electrode film thickness is in the above range, and the apex In order to set the temperature Tp (° C.) within the range of 0 ≦ Tp ≦ + 70, the cut angle θ is desirably −61.4 <θ <−51.1.
これまで、図１に示すような１ポートのＳＡＷ共振子についてのみ言及してきたが、それ以外のＳＡＷデバイスにおいても本発明を適用できる。以下、種々のＳＡＷデバイスの構造について説明する。
図９は圧電基板１１上にＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２、１３を配置し、その両側にグレーティング反射器１４ａ、１４ｂを配置した２ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子を示しており、１ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子と同じく高いＱ値を実現できる。
So far, only the one-port SAW resonator as shown in FIG. 1 has been mentioned, but the present invention can be applied to other SAW devices. Hereinafter, the structures of various SAW devices will be described.
FIG. 9 shows a 2-port SH wave type SAW resonator in which
図１０は、共振子フィルタの１つの方式としてＳＡＷ共振子の音響結合を利用した２重モードＳＡＷ（ＤＭＳ）フィルタを示しており、図１０（ａ）は圧電基板２１上にＳＡＷ共振子２２を伝搬方向に対して平行に近接配置した横結合型ＤＭＳフィルタ、図１０（ｂ）は圧電基板３１上にＩＤＴ３２からなるＳＨ波型ＳＡＷ共振子を表面波の伝搬方向に沿って配置した２ポートの縦結合型ＤＭＳフィルタである。前記横結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し垂直方向の音響結合を利用し、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し水平方向の音響結合を利用している。これらＤＭＳフィルタは平坦な通過帯域と良好な帯域外抑圧度が得られる特徴がある。
FIG. 10 shows a dual mode SAW (DMS) filter using the acoustic coupling of a SAW resonator as one method of the resonator filter. FIG. 10A shows a
なお、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは、通過域近傍を高減衰にするためにＳＡＷ共振子を接続する場合がある。また、更に高次のモードを利用した多重モードＳＡＷフィルタや、伝搬方向に対し垂直方向と水平方向の双方で音響結合させた多重モードＳＡＷフィルタにも応用できる。 The longitudinally coupled DMS filter may be connected to a SAW resonator in order to make the vicinity of the pass band highly attenuated. Further, the present invention can be applied to a multimode SAW filter using a higher-order mode and a multimode SAW filter acoustically coupled in both the vertical direction and the horizontal direction with respect to the propagation direction.
図１１は、共振子フィルタの別の方式として、圧電基板４１上に複数の１ポートＳＡＷ共振子４２を直列、並列、直列と梯子（ラダー）状に配置してフィルタを構成したラダー型ＳＡＷフィルタを示している。ラダー型ＳＡＷフィルタは前記ＤＭＳフィルタと比較して通過域近傍の減衰傾度が急峻なフィルタ特性が得られる。
FIG. 11 shows another type of resonator filter, a ladder-type SAW filter in which a plurality of 1-
図１２は、トランスバーサルＳＡＷフィルタを示しており、同図（ａ）は圧電基板５１上に表面波の伝搬方向に沿って入力用ＩＤＴ電極５２と出力用ＩＤＴ電極５３を所定の間隙をあけて配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタである。なお、前記ＩＤＴ電極５２、５３は双方向に表面波を伝搬させる。また、入出力端子間の直達波の影響を防ぐためにシールド電極５４を設けたり、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために圧電基板５１の両端に吸音材５５を塗布する場合がある。トランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、振幅特性と位相特性とを別々に設計可能であり、帯域外抑圧度が高いためＩＦ用フィルタとして多用されている。
FIG. 12 shows a transversal SAW filter. FIG. 12A shows that the
前記トランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて、表面波は伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなるという問題がある。この問題を解決するものとして、図１２（ｂ）に示すように電極指配列や電極指幅を変化させることによりＳＡＷの励振及び反射に重み付けを施して表面波の励振を一方向性にした所謂単相一方向性電極（Single Phase Uni-Directional Transducer：ＳＰＵＤＴ）６２、６３を配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタがある。表面波の励振が一方向性となるので低損失なフィルタ特性が得られる。また、他の構造として、ＩＤＴの励振電極間にグレーティング反射器を配置した所謂反射バンク型トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ等がある。 In the transversal SAW filter, the surface wave propagates equally to the left and right along the propagation direction, so that the insertion loss of the filter increases. As a solution to this problem, as shown in FIG. 12B, the SAW excitation and reflection are weighted by changing the electrode finger arrangement and electrode finger width to make the surface wave excitation unidirectional. There is a transversal SAW filter in which single phase unidirectional electrodes (SPUD) 62 and 63 are arranged. Since the excitation of the surface wave is unidirectional, low-loss filter characteristics can be obtained. As another structure, there is a so-called reflection bank type transversal SAW filter in which a grating reflector is disposed between the excitation electrodes of the IDT.
以上の種々のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板に回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板を用い、電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定すれば、本発明と同様な効果が得られることは明らかである。 In the various SAW devices described above, the cut angle θ of the rotating Y-cut quartz substrate on the piezoelectric substrate is −64.0 ° <θ <−49.3 °, preferably −61.4 °, counterclockwise from the crystal Z axis. <Θ <−51.1 °, a crystal plate in which the surface acoustic wave propagation direction is 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and the electrode film thickness H / λ is 0.04 <H It is clear that the same effect as that of the present invention can be obtained by setting in the range of /λ<0.12, preferably 0.05 <H / λ <0.10.
また、上述のＳＡＷデバイスにおいて、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器上にＳｉＯ2等の保護膜やＡｌを陽極酸化した保護膜等を形成したり、Ａｌ電極の上部あるいは下部に密着層あるいは耐電力向上等の目的で別の金属薄膜を形成した場合においても、本発明と同様の効果を得られることは明らかである。また、センサ装置やモジュール装置、発振回路等に本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスが適用できることは言うまでもない。また、電圧制御ＳＡＷ発振器（ＶＣＳＯ）等に本発明のＳＡＷデバイスを用いれば、容量比γを小さくできるので周波数可変幅を大きくとれる。 Further, in the above-mentioned SAW device, a protective film such as SiO 2 or a protective film obtained by anodizing Al is formed on the IDT electrode or the grating reflector, or an adhesion layer or an improvement in power resistance is provided above or below the Al electrode. Even when another metal thin film is formed for the above purpose, it is apparent that the same effect as the present invention can be obtained. Needless to say, the SH wave type SAW device of the present invention can be applied to a sensor device, a module device, an oscillation circuit, and the like. Further, if the SAW device of the present invention is used for a voltage controlled SAW oscillator (VCSO) or the like, the capacitance ratio γ can be reduced, so that the frequency variable width can be increased.
また、本発明のＳＡＷデバイスは、ＳＡＷチップとパッケージをワイヤボンディングした構造以外でも良く、ＳＡＷチップの電極パッドとパッケージの端子とを金属バンプで接続したフリップチップボンディング（ＦＣＢ）構造や、配線基板上にＳＡＷチップをフリップチップボンディングしＳＡＷチップの周囲を樹脂封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造、或いは、ＳＡＷチップ上に金属膜や樹脂層を形成することによりパッケージや配線基板を不要としたＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）構造等にしても良い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したＡＱＰ（All Quartz Package）構造としても良い。前記ＡＱＰ構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。 The SAW device of the present invention may have a structure other than the structure in which the SAW chip and the package are wire-bonded, a flip chip bonding (FCB) structure in which the electrode pad of the SAW chip and the terminal of the package are connected by metal bumps, A CSP (Chip Size Package) structure in which a SAW chip is flip-chip bonded and the periphery of the SAW chip is resin-sealed, or a WLCSP that eliminates the need for a package or wiring board by forming a metal film or resin layer on the SAW chip A (Wafer Level Chip Size Package) structure or the like may be used. Furthermore, an AQP (All Quartz Package) structure in which a quartz crystal device is sandwiched between quartz or glass substrates and sealed. Since the AQP structure is simply sandwiched between crystal or glass substrates, a package is not required and the thickness can be reduced. If it is sealed with a low melting point glass or directly joined, outgas due to the adhesive is reduced and aging characteristics are achieved. Excellent effect.
以下、本発明を図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１３は本発明に係るＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図であって、水晶基板７１は、図１（ａ）に示したようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波型表面波を励起する基板を用いる。そして、水晶基板７１のＺ’軸方向に沿ってアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする合金のＩＤＴ電極７２と、その両側にグレーティング反射器７３ａ、７３ｂとを配置して、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極７２は、互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より形成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばして二端子とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment. FIG. 13 is a plan view showing the configuration of the SH wave type SAW resonator according to the present invention. The
なお、水晶基板７１のカット角θ、電極材料、ＩＤＴ電極の基準化電極膜厚Ｈ／λ（λはＳＨ波型表面波の波長）、ライン占有率ｍｒ（電極指幅Ｌとスペース幅Ｓとの和に対する電極指幅Ｌの比）等は、前述した特願２００４−３１０４５２号に基づくものとする。
The cut angle θ of the
本発明の特徴はＳＨ波用水晶基板７１のエッチング量にある。ＳＴカット水晶基板のエッチングについては、前述したように（特許文献３）、ＳＴカット水晶基板を弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸し、水晶基板の表面を０．１μｍ（１，０００Å）から２μｍ程度エッチングすると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この表面にアルミニウム膜を形成すると、単結晶膜が得られると記述されている。
The feature of the present invention is the etching amount of the
しかし、ＳＨ波用水晶基板については何ら記述されていない。そこで、本願発明者はＳＨ波用水晶基板の表面を種々の厚さでエッチングし、該水晶基板表面上にアルミニウム膜を真空蒸着法、スパッタ法を用いて成膜し、フォトリソ技術とエッチング手法を用いて、図１３に示すようなＳＨ波型ＳＡＷ共振子を試作し、そのエージング特性を測定した。特許文献３にはＳＴカット水晶基板表面のエッチング量の例として、０．１μｍから２μｍの例が記述されているが、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の試作の結果によると、エッチング量が大幅に異なることを見出した。即ち、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒とし、３分間エッチングしたＳＨ波用水晶基板（ライトエッチング基板）を用いて、試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが極めて良好な特性を示した。なお、このときの水晶基板のエッチング量は０．０４５μｍであり、ウエットエッチングによって水晶基板表面の加工変質層等をより効果的に取り除いている。また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６とした。ＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃とし、横軸を経過時間（ｈ）、縦軸を周波数変動量（ｐｐｍ）としてプロットした図が、図１４の●実線である。×実線はエッチングを施さない（エッチング量０μｍ）ＳＨ波水晶基板を用い、上記の定数で試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性を比較のために重ね書きしたものである。
However, nothing is described about the quartz substrate for SH waves. Therefore, the inventor of the present application etched the surface of the quartz substrate for SH wave with various thicknesses, and formed an aluminum film on the surface of the quartz substrate using a vacuum deposition method or a sputtering method. The SH wave type SAW resonator as shown in FIG. 13 was prototyped and its aging characteristics were measured. Patent Document 3 describes an example of the etching amount on the ST-cut quartz substrate surface from 0.1 μm to 2 μm, but the etching amount varies greatly according to the result of trial manufacture of the SH wave type SAW resonator. I found out. That is, the aging of the SH wave type SAW resonator manufactured using the SH wave crystal substrate (light etching substrate) etched for 3 minutes at an etching rate of 0.25 nm / second showed extremely good characteristics. At this time, the etching amount of the quartz substrate is 0.045 μm, and the work-affected layer on the surface of the quartz substrate is more effectively removed by wet etching. Further, the cut angle of the
エッチングを施さないＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−１３０ｐｐｍから−１７０ｐｐｍであるのに対し、ライトエッチングを施したＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−０．８ｐｐｍから−１．３ｐｐｍであった。 The aging of the SH wave type SAW resonator formed by using the SH wave crystal substrate not subjected to etching is -130 ppm to -170 ppm after 350 hours, whereas the SH wave crystal substrate subjected to light etching is used. The aging of the SH wave type SAW resonator constituted by using was −0.8 ppm to −1.3 ppm after 350 hours.
また図１４には、水晶基板を０．００２５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性と、水晶基板を０．０１５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性も重ね書きしてある。この図１４において、△実線は水晶基板を０．００２５μｍエッチングしたときのエージング特性を示し、□実線は０．０１５μｍエッチングしたときのエージング特性を示している。なお、これらの場合においても、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒としてあり、また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６としてある。さらにエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃としてある。
FIG. 14 also shows the aging characteristics of an SH wave type SAW resonator manufactured by etching a quartz substrate by 0.0025 μm and the aging characteristics of an SH wave type SAW resonator manufactured by etching a quartz substrate by 0.015 μm. It is written. In FIG. 14, the solid line indicates the aging characteristic when the quartz substrate is etched by 0.0025 μm, and the solid line indicates the aging characteristic when etched by 0.015 μm. Even in these cases, the etching rate is 0.25 nm / second, the cut angle of the
そしてエッチング量が０．００２５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであった。またエッチング量が０．０１５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−７．３ｐｐｍであった。これによりウエットエッチングによって水晶基板を０．００２５μｍエッチングしても、水晶基板の加工変質層等をより効果的に取り除くことができ、エージング特性が極めて良好であることがわかる。また図１４に示した測定の結果から、特に水晶基板のエッチング量を０．００２５μｍとしたときであっても、３５０時間後のエージングが−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであることから、水晶基板のエッチング量を０．００２μｍとしたときであっても３５０時間後のエージングが数ｐｐｍであると考えられる。 The aging of the SH wave type SAW resonator using a quartz substrate having an etching amount of 0.0025 μm was −1.0 ppm to −8.5 ppm after 350 hours. The aging of the SH wave type SAW resonator using a quartz substrate with an etching amount of 0.015 μm was −1.0 ppm to −7.3 ppm after 350 hours. Accordingly, it can be seen that even if the quartz substrate is etched by 0.0025 μm by wet etching, the work-affected layer or the like of the quartz substrate can be removed more effectively, and the aging characteristics are extremely good. Further, from the results of the measurement shown in FIG. 14, even when the etching amount of the quartz substrate is 0.0025 μm, the aging after 350 hours is from −1.0 ppm to −8.5 ppm. Even when the etching amount of the substrate is 0.002 μm, the aging after 350 hours is considered to be several ppm.
図１５（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１５（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１５（ｂ）はＳＨ波水晶基板をエッチングレート０．２５ｎｍ／秒で３分間エッチングしたエッチング量０．０４５μｍのＳＨ波水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ（電界放射顕微鏡）像である。エッチングされた凹部はＳＨ波水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上には、図中の左右方向にはしるエッチング痕（実線で強調している）がみられる。 FIG. 15A is a perspective view of the IDT electrode of the SH wave type SAW resonator, and FIG. 15B is an enlarged perspective view of the region E. FIG. In FIG. 15B, an aluminum film is formed on an SH wave quartz substrate having an etching amount of 0.045 μm obtained by etching the SH wave quartz substrate at an etching rate of 0.25 nm / second for 3 minutes, and a part of the aluminum film is etched. It is a FEM (field emission microscope) image of a board | substrate. The etched recess is the surface of the SH wave quartz crystal substrate. On both surfaces of the IDT electrode and the quartz substrate, etching marks (highlighted by a solid line) are seen in the left-right direction in the figure.
一方、図１６（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１６（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１６（ｂ）は、ＳＴカット水晶基板をエッチングレート１．６７ｎｍ／秒で６分間エッチングしたエッチング量０．６μｍ（特許文献３に記載されたエッチング量と同じ）のＳＴカット水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ像である。エッチングされた凹部はＳＴカット水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上は、共にほぼ滑らかな状態である。 On the other hand, FIG. 16A is a perspective view of the IDT electrode of the SH wave type SAW resonator, and FIG. FIG. 16B shows an ST-cut quartz substrate having an etching amount of 0.6 μm (same as the etching amount described in Patent Document 3) obtained by etching the ST-cut quartz substrate for 6 minutes at an etching rate of 1.67 nm / second. Is an FEM image of a substrate on which a part of the aluminum film is etched. The etched recess is the surface of the ST cut quartz substrate. Both surfaces of the IDT electrode and the quartz substrate are almost smooth.
エッチングしたＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合と、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合とで、Ｘ線回折のロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）がどのように異なるのか、Ｘ線回折装置を用いて測定した。測定結果を纏めたものが図１７である。測定した試料の測定位置として、上部（Ｔｏｐ）、右部（Ｒｉｇｈｔ）、左部（Ｌｅｆｔ）と表記している。ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）の平均は、エッチングを施さない場合が１．０２２であるのに対し、エッチングを施した場合は０．８９９と結晶性が改善されている。 What is the X-ray diffraction rocking curve full width at half maximum (FWHM) when an aluminum film is formed on an etched SH wave crystal substrate and when an aluminum film is formed on an unetched SH wave crystal substrate? The difference was measured using an X-ray diffractometer. FIG. 17 summarizes the measurement results. The measurement position of the measured sample is expressed as an upper part (Top), a right part (Right), and a left part (Left). The average of the full width at half maximum (FWHM) of the rocking curve is 1.022 when the etching is not performed, whereas the crystallinity is improved to 0.899 when the etching is performed.
また、図１７中のＣＰＳは回折強度を表し、ピーク強度ではなく、ロッキングカーブの積分強度である。エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均が９，６４２であるのに対し、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均は、９６，６６２とほぼ１０倍の強度となることが判明した。 Further, CPS in FIG. 17 represents diffraction intensity, not the peak intensity but the integrated intensity of the rocking curve. The average CPS when an aluminum film is formed on an unetched SH wave quartz substrate is 9,642, whereas the CPS when an aluminum film is deposited on an etched SH wave quartz substrate. It was found that the average of was 96,662, almost 10 times the strength.
図１８は、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上と、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上とに、それぞれアルミニウムＩＤＴ電極を形成した場合のＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１（Ω）とそれらの平均（Ａｖｅ．）を示した図である。エッチングを施さないＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１３．６Ωであるのに対し、エッチングを施したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１２．３Ωと約１０％改善していた。 FIG. 18 shows an effective resistance R1 (Ω) of an SH wave type SAW resonator when an aluminum IDT electrode is formed on an unetched SH wave quartz substrate and an etched SH wave quartz substrate, respectively. It is the figure which showed those averages (Ave.). The average effective resistance of the unetched SH wave type SAW resonator is 13.6Ω, whereas the average effective resistance of the etched SH wave type SAW resonator is 12.3Ω, an improvement of about 10%. It was.
図１９は、エッチングをそれぞれ３分（０．０４５μｍ、ライトエッチング）、１０分（０．１５μｍ、ハードエッチング）施したＳＨ波水晶基を用いてＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成した場合のエージング特性である。エージング条件は図１４と同じ条件で行った。●印はエッチング時間が３分、×印はエッチング時間が１０分の場合である。エッチング時間を１０分と長くしたハードエッチングでもエージング特性はほぼ同等であることが判明した。また、エッチング時間をそれぞれ３分、１０分としたＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１はほぼ同じであった。 FIG. 19 shows aging characteristics when an SH wave type SAW resonator is formed using an SH wave crystal base that has been etched for 3 minutes (0.045 μm, light etching) and 10 minutes (0.15 μm, hard etching), respectively. It is. The aging conditions were the same as in FIG. The symbol ● indicates the case where the etching time is 3 minutes, and the symbol X indicates the case where the etching time is 10 minutes. It was found that the aging characteristics were almost the same even in hard etching with an etching time as long as 10 minutes. Further, the effective resistance R1 of the SH wave type SAW resonator with the etching time of 3 minutes and 10 minutes, respectively, was almost the same.
以上説明したように、本発明の特徴はＳＨ波型水晶基板に従来のエッチング量（例、０．６μｍ）に比べて少ない量のエッチング（例０．００２μｍから０．１５μｍ）、即ちライトエッチングを施したことである。ライトエッチングにも関わらず、高温動作エージングの条件で良好なエージング特性（例３５０ｈ後において、良好なもので−１ｐｐｍ程度）が得られ、ＩＤＴ電極の材質であるアルミニウムあるいはアルミニウムを主とした合金の結晶性が大幅に改善されていることが、Ｘ線回折等で証明された。 As described above, the feature of the present invention is that the SH wave type quartz substrate is etched with a smaller amount of etching (eg, 0.002 μm to 0.15 μm) than the conventional etching amount (eg, 0.6 μm), that is, light etching. It has been done. Despite light etching, good aging characteristics are obtained under the conditions of high-temperature operation aging (eg, good, about -1 ppm after 350 h), and the IDT electrode material is aluminum or an alloy mainly composed of aluminum. It was proved by X-ray diffraction and the like that the crystallinity was greatly improved.
ＳＨ波型水晶基板のエッチング時間を短縮させる、つまりエッチング量を少なくすることにより、エッチング液の劣化を緩やかすることができ、ＳＨ波型水晶基板の品質を維持する上で大きな利点となる。 By shortening the etching time of the SH wave type quartz substrate, that is, by reducing the etching amount, deterioration of the etching solution can be moderated, which is a great advantage in maintaining the quality of the SH wave type quartz substrate.
好ましくは、ＳＨ波型水晶基板のエッチング量を０．００２μｍ以上、０．１μｍ未満とする。これにより、高信頼性のＳＡＷデバイスを実現できる。また、従来のＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷデバイスと比較して、本実施形態では水晶基板のエッチング量を少なくできる。そして、エッチング液の劣化を特に緩やかにすることができ、エッチング液の長寿命化、エッチング液交換頻度の減少などの効果が得られる。またプロセスにおける環境負荷・コストの低減という効果が得られる。 Preferably, the etching amount of the SH wave type quartz crystal substrate is 0.002 μm or more and less than 0.1 μm. Thereby, a highly reliable SAW device can be realized. In addition, compared with a SAW device using a conventional ST-cut quartz substrate, this embodiment can reduce the etching amount of the quartz substrate. Then, the deterioration of the etching solution can be made particularly gentle, and effects such as extending the lifetime of the etching solution and reducing the frequency of exchanging the etching solution can be obtained. In addition, the effect of reducing environmental load and cost in the process can be obtained.
以上では、回転Ｙカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ、３つのＩＤＴ電極を近接させ、その両側にグレーティング反射器を配置して構成した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに適用できる。 In the above, the rotation angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate is set to about −50 ° counterclockwise from the crystal axis Z, and the SH wave type surface wave propagating in the 90 ° ± 5 ° direction with respect to the crystal axis X is used. Although the wave type SAW resonator has been described, the present invention is not limited to this, and two IDT electrodes are arranged close to each other along the propagation direction of the SH wave type surface wave on the quartz substrate. A primary-secondary longitudinally coupled double mode SAW filter constructed by arranging grating reflectors on both sides of two IDT electrodes, and three IDT electrodes placed close to each other, and a grating reflector arranged on both sides. It can be applied to the next-third-order longitudinally coupled double mode SAW filter.
また、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向と直交して２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次横結合二重モードＳＡＷフィルタにも本発明は適用できる。さらに、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極とその両側にグレーティング反射器を配して構成するＳＨ波型ＳＡＷ共振子を複数個形成し、これらを梯子型に接続して構成したラダー型ＳＡＷフィルタにも適用できる。 Further, a primary structure in which two IDT electrodes are arranged close to each other orthogonal to the propagation direction of the SH wave type surface wave on a quartz substrate, and grating reflectors are arranged on both sides of the two IDT electrodes. The present invention can also be applied to a second-order laterally coupled double mode SAW filter. Furthermore, a plurality of SH wave type SAW resonators are formed on the quartz substrate by arranging IDT electrodes and grating reflectors on both sides thereof along the propagation direction of the SH wave type surface wave, and these are connected to a ladder type. The present invention can also be applied to a ladder-type SAW filter configured as described above.
また、本発明は、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を所定の間隔を隔して配したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにも適用できる。 The present invention can also be applied to a transversal SAW filter in which two IDT electrodes are arranged on a quartz substrate at a predetermined interval along the propagation direction of the SH wave type surface wave.
また、以上に記述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造するに当たって、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。 Further, in manufacturing the SH wave type surface acoustic wave device described above, the manufacturing method of etching the main surface of the quartz substrate before forming the Al or Al-based alloy film is shown. It becomes easy to manufacture an SH wave type surface acoustic wave device with good characteristics.
１，１１，２１，３１，４１，７１…圧電基板、２，１２，１３，２２，３２，４２，５２，５３，６２，６３，７２…ＩＤＴ電極３ａ、３ｂ，１４ａ，１４ｂ，７３ａ，７３ｂ…グレーティング反射器、５４…シールド電極、５５…吸音材、λ…ＳＨ波型弾性表面波の波長。
1,11,21,31,41,71 ... piezoelectric substrate, 2,12,13,22,32,42,52,53,62,63,72 ...
Claims (18)
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。 A surface acoustic wave device comprising a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of Al or an alloy containing Al as a main component, and having an excitation wave as an SH wave,
In the piezoelectric substrate, the cut angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate is set in the range of −64.0 ° <θ <−49.3 ° counterclockwise from the crystal Z axis, and the propagation direction of the surface acoustic wave Is a crystal flat plate with 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and has an etching mark extending from one to the other formed on the surface of the piezoelectric substrate by wet etching,
When the wavelength of the surface acoustic wave to be excited is λ, the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength of the IDT electrode is 0.04 <H / λ <0.12,
The SH wave type surface acoustic wave device, wherein the IDT electrode is formed on a surface of the piezoelectric substrate having the etching mark.
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。 A surface acoustic wave device comprising a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate and made of Al or an alloy containing Al as a main component, and having an excitation wave as an SH wave,
In the piezoelectric substrate, the cut angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate is set in the range of −61.4 ° <θ <−51.1 ° counterclockwise from the crystal Z axis, and the propagation direction of the surface acoustic wave Is a crystal flat plate with 90 ° ± 5 ° with respect to the crystal X axis, and has an etching mark extending from one to the other formed on the surface of the piezoelectric substrate by wet etching,
When the wavelength of the surface acoustic wave to be excited is λ, the electrode film thickness H / λ normalized by the wavelength of the IDT electrode is 0.05 <H / λ <0.10,
The SH wave type surface acoustic wave device, wherein the IDT electrode is formed on a surface of the piezoelectric substrate having the etching mark.
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスの製造方法。 Wet etching the main surface of the piezoelectric substrate to form an etching mark on the main surface from one to the other;
Forming the IDT electrode on the main surface of the etched piezoelectric substrate;
The method for manufacturing an SH wave type surface acoustic wave device according to claim 1, wherein:
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